JP5204726B2 - 作業車両の原動機制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホイールローダ等の作業車両の原動機制御装置に関する。

エンジンの回転をトルクコンバータを介してトランスミッションに入力するようにしたホイールローダ等の作業車両において、エンジン回転速度を制限するようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、最高速度段を例えば２速に設定しているときに、この２速に対応した上限車速を超えないように車速の増加に伴いエンジン回転速度を制限する。

特開２００７−１０７６５１号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の装置のように車速に応じてエンジン回転速度を制限したのでは、十分な走行駆動力が得られず、走行性や作業性が悪化するおそれがある。

本発明による作業車両の原動機制御装置は、アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転速度を制御する回転速度制御手段と、原動機の回転をトルクコンバータ（トルコン）およびトランスミッションを介して車輪に伝達する走行駆動装置と、トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出手段と、速度比検出手段により検出された速度比に応じて原動機の最高回転速度を制限する速度制限手段とを備え、速度制限手段は、検出された速度比が１以下の範囲である第１の所定値以上かつ第１の所定値よりも大きい第２の所定値未満の原動機の回転速度の加速領域にあるときに、最高回転速度を速度比が第１の所定値未満および第２の所定値以上である原動機の回転速度の非加速領域における制限量よりも大きい値で制限することを特徴とする。

本発明によれば、トルコン速度比が原動機回転速度の加速領域にあるときに、原動機最高回転速度を非加速領域の値より低くするようにしたので、エンジン回転速度を制限しつつ十分な走行駆動力が得られる。

本発明の実施の形態に係るホイールローダの側面図。 本発明の実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図。 （ａ）はトルコン速度比基準制御による自動変速のタイミングを示す図であり、（ｂ）は車速基準制御による自動変速のタイミングを示す図。 ペダル操作量と目標エンジン回転速度との関係を示す図。 第１の実施の形態に係る原動機制御装置による速度比とエンジン最高回転速度との関係を示す図。 第１の実施の形態に係る原動機制御装置によるペダル操作量と目標エンジン回転速度との関係を示す図。 （ａ）は第１の実施の形態に係る原動機制御装置によるトルク特性を示す図であり、（ｂ）はその比較例を示す図。 第１の実施の形態に係る原動機制御のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。 速度制限オフ時の走行駆動力特性を示す図。 速度制限オン時の走行駆動力特性の一例を示す図。 （ａ）は第１の実施の形態に係るの原動機制御装置の動作特性の一例を示す図であり、（ｂ）はその比較例を示す図。 Ｖサイクルによる積み込み作業の一例を示す図。 （ａ）は掘削動作を示す図であり、（ｂ）はダンプへの積み込み動作を示す図。 図５の変形例を示す図。 第２の実施の形態の比較例としての３速度段および４速度段の車速と走行駆動力の関係を示す図。 第２の実施の形態に係る原動機制御装置による速度比とエンジン最高回転速度との関係を示す図。 第２の実施の形態に係る原動機制御装置による車速と走行駆動力の関係を示す図。 第２の実施の形態に係る原動機制御装置によるトルク特性を示す図。 第２の実施の形態に係る原動機制御装置によるペダル操作量と目標エンジン回転速度との関係を示す図。 第２の実施の形態に係る原動機制御のコントローラにおける処理の一例を示すフローチャート。

−第１の実施の形態−
以下、図１〜図１４を参照して本発明の第１の実施の形態に係る作業車両の原動機制御装置について説明する。
図１は、本実施の形態に係る原動機制御装置が適用される作業車両の一例であるホイールローダの側面図である。ホイールローダ１００は、アーム１１１，バケット１１２，タイヤ１１３等を有する前部車体１１０と、運転室１２１，エンジン室１２２，タイヤ１２３等を有する後部車体１２０とで構成される。アーム１１１はアームシリンダ１１４の駆動により上下方向に回動（俯仰動）し、バケット１１２はバケットシリンダ１１５の駆動により上下方向に回動（ダンプまたはクラウド）する。前部車体１１０と後部車体１２０はセンタピン１０１により互いに回動自在に連結され、ステアリングシリンダ（不図示）の伸縮により後部車体１２０に対し前部車体１１０が左右に屈折する。

図２は、本実施の形態に係る原動機制御装置の概略構成を示す図である。エンジン１の出力軸にはトルクコンバータ２（以下、トルコン）の入力軸が連結され、トルコン２の出力軸は１速〜４速に変速可能なトランスミッション３に連結されている。トルコン２は周知のインペラ，タービン，ステータからなる流体クラッチであり、エンジン１の回転はトルコン２を介してトランスミッション３に伝達される。トランスミッション３は、その速度段を変速する液圧クラッチを有し、トルコン２の出力軸の回転はトランスミッション３で変速される。変速後の回転は、プロペラシャフト４，アクスル５を介してタイヤ６（図１の１１３，１２３）に伝達され、車両が走行する。

なお、図示は省略するが、ホイールローダにはエンジン１よって駆動される作業用油圧ポンプが設けられ、油圧ポンプからの圧油がアームシリンダ１１４やバケットシリンダ１１５等のアクチュエータに供給されて、作業が行われる。

コントローラ１０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ１０には、アクセルペダル１２ａの操作量を検出するアクセル操作量検出器１２と、ブレーキペダル１３ａの操作量を検出するブレーキ操作量検出器１３と、トルコン２の入力軸の回転速度Ｎｉを検出する回転速度検出器１４と、トルコン２の出力軸の回転速度Ｎｔを検出する回転速度検出器１５と、トランスミッション３の出力軸の回転速度、つまり車速ｖを検出する車速検出器１６と、マニュアル変速モードと自動変速モードを選択する変速モード選択スイッチ７と、１速〜４速の間で速度段の上限を指令するシフトスイッチ８と、車両の前後進を指令する前後進切換スイッチ９と、エンジン回転速度の制限／非制限を選択する制限選択スイッチ１８とが接続されている。

トルコン２は入力トルクに対し出力トルクを増大させる機能、つまりトルク比を１以上とする機能を有する。トルク比は、トルコン２の入力軸と出力軸の回転速度の比であるトルコン速度比ｅ（出力回転速度Ｎｔ／入力回転速度Ｎｉ）の増加に伴い小さくなる。例えばエンジン回転速度が一定状態で走行中に走行負荷が大きくなると、トルコン２の出力回転速度Ｎｔ、つまり車速が減少し、トルコン速度比ｅが小さくなる。このとき、トルク比は増加するため、より大きな駆動力（牽引力）で車両走行が可能となる。すなわち車速が遅いと駆動力は大きく（低速高トルク）、車速が速いと駆動力は小さくなる（高速低トルク）。

トランスミッション３は、１速〜４速の各速度段に対応したソレノイド弁を有する自動変速機である。これらソレノイド弁は、コントローラ１０からトランスミッション制御部１１へ出力される制御信号によって駆動され、変速される。

図３は、トランスミッション３による自動変速のタイミングを示す図である。自動変速制御には、図３（ａ）に示すようにトルコン速度比ｅが所定値に達すると変速するトルコン速度比基準制御と、図３（ｂ）に示すように車速ｖが所定値に達すると変速する車速基準制御の２つの方式がある。本実施の形態では、トルコン速度比基準制御によりトランスミッション３の速度段を制御する。

図３（ａ）に示すトルコン速度比基準制御では、走行負荷が小さくなりトルコン速度比ｅが増加して、トルコン速度比ｅが所定値ｅｕ以上になると、速度段は１段シフトアップする。反対に、走行負荷が大きくなりトルコン速度比ｅが低下して、トルコン速度比ｅが所定値ｅｄ以下になると、速度段は１段シフトダウンする。これによりトランスミッション３の速度段がトルコン速度比ｅに応じて１速〜４速の間で自動的に変更される。この際、シフトスイッチ８により選択された速度段を上限として自動変速される。例えばシフトスイッチ８により２速が選択されたときは速度段は１速または２速となり、１速が選択されたときは速度段は１速に固定される。

なお、トルコン速度比基準制御ではなく車速基準制御によりトランスミッション３の速度段を制御してもよい。この場合、図３（ｂ）に示すように、車速ｖが増加して所定値ｖＳ１，ｖＳ２，ｖＳ３に達すると、速度段が１段シフトアップし、車速ｖが減少して所定値ｖＳ４，ｖＳ５，ｖＳ６に達すると、速度段が１段シフトダウンする。

コントローラ１０は、アクセルペダル１２ａの操作量に応じた目標エンジン回転速度Ｎａにエンジン回転速度を制御する。図４は、ペダル操作量と目標エンジン回転速度Ｎａの関係を示す図である。図中、実線はエンジン回転速度の非制限、つまり速度制限オフの特性を、点線はエンジン回転速度の制限、つまり速度制限オンの特性をそれぞれ示す。目標エンジン回転速度Ｎａは、エンジン回転速度の上限値Ｎｍａｘと下限値Ｎｍｉｎの間で変更可能である。

図４に示すようにアクセルペダル１２ａの非操作時には、目標エンジン回転速度Ｎａは下限値Ｎｍｉｎであり、ペダル操作量の増加に伴い目標エンジン回転速度Ｎａは増加する。速度制限オフ状態では、ペダル最大踏み込み時の目標エンジン回転速度Ｎａは上限値Ｎｍａｘとなる。これに対し、速度制限オン状態では、目標エンジン回転速度Ｎａの最大値、すなわちエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘが制限され、ペダル最大踏み込み時の目標エンジン回転速度Ｎａは所定値Ｎｓ（＜Ｎｍａｘ）となる。コントローラ１０はこの目標エンジン回転速度Ｎａに対応した制御信号をエンジン制御部１ａに出力し、エンジン回転速度を目標エンジン回転速度Ｎａに制御する。本実施の形態では、速度制限オン時のエンジン最高回転速度Ｎｓ、換言すれば目標エンジン回転速度Ｎａの上限値ＮｍａｘとＮｓとの差である回転速度制限量ΔＮを、以下のようにトルコン速度比ｅに応じた値に設定する。

図５は、速度制限オン時のトルコン速度比ｅとエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘとの関係を示す図である。速度比ｅが所定値ｅ１未満の低速度比域ではエンジン最高回転速度は所定値Ｎｓ１に、速度比ｅが所定値ｅ１以上かつ所定値ｅ２未満の中速度比域ではエンジン最高回転速度は所定値Ｎｓ１２に、速度比ｅが所定値ｅ２以上の高速度比域ではエンジン最高回転速度は所定値Ｎｓ２にそれぞれ設定される。ここで、低速度比域は主に発進直後または掘削作業時における速度比域、中速度比域は主に加速状態における速度比域、高速度比域は主に定常走行状態における速度比域であり、ｅ１，ｅ２は例えば０．２５，０．７５に設定される。なお、所定値ｅ１，ｅ２と図３（ａ）の所定値ｅｄ，ｅｕとの間には、例えばｅ１＜ｅｄ，ｅ２＜ｅｕの関係がある。

図５において、エンジン最高回転速度の上限値Ｎｍａｘと各制限値Ｎｓ１，Ｎｓ１２，Ｎｓ２との間には、Ｎｍａｘ＞Ｎｓ１＞Ｎｓ２＞Ｎｓ１２の関係があり、中速度比域で回転速度制限量ΔＮが最大となる。なお、エンジン最高回転速度を制限すると、その分、車両の最大駆動力と最高車速が低下するが、本実施の形態では、これらの低下が実用上問題とならないような値に各制限値Ｎｓ１，Ｎｓ１２，Ｎｓ２が設定されている。例えばエンジン回転速度の上限値Ｎｍａｘ（１００％）に対し、Ｎｓ１は９０％、Ｎｓ１２は７５％、Ｎｓ２は８５％にそれぞれ設定されている。この場合のペダル操作量と目標エンジン回転速度Ｎａとの関係は、図６に示すようになる。

図７は、アクセルペダル１２ａを最大に踏み込んだときのエンジン回転速度とトルクの関係を示すトルク線図である。なお、図７（ａ）はトルコン速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度を制限した場合のトルク線図であり、図７（ｂ）はトルコン速度比ｅに拘わらずエンジン最高回転速度を所定量ΔＮだけ一律に制限した場合のトルク線図である。図中、特性ｆ０はエンジン最高回転速度を制限しない場合のエンジン出力トルク特性であり、特性ｆ１０〜ｆ１３はそれぞれエンジン最高回転回転速度を制限した場合のエンジン出力トルク特性である。

トルコン入力トルクはトルコン入力軸の回転速度Ｎｉの２乗に比例して増加し、トルコン速度比ｅが大きいほどトルコン入力トルクは小さくなる。エンジン出力トルク特性とトルコン入力トルク特性との交点はマッチング点であり、車両走行時のエンジン出力トルクおよびトルコン入力トルクはこのマッチング点の値となる。図７（ｂ）において、エンジン回転速度を所定量ΔＮだけ制限すると、マッチング点が図の左側にずれ、エンジン回転速度を制限しない場合よりもトルコン入力トルクが低下する。トルコン入力トルク×トルコン入力軸の回転速度は、トルコン２の入力動力であり、エンジン出力に相当するので、エンジン最高回転速度を制限することで、エンジン出力が低減し、燃費を向上できる。

しかし、図７（ｂ）のようにエンジン最高回転速度を一律に制限したのでは、トルコン入力トルクが全体的に低下し、走行に使用できる動力（馬力）も低下する。このため、作業時の走行駆動力が不足し、実用上問題がある。これに対し、本実施の形態では、トルコン速度比ｅに応じてエンジン回転速度を制限するため、図７（ａ）に示すように、トルコン速度比ｅが所定値ｅ１未満の範囲で走行駆動力の低下は小さく、トルコン速度比ｅが所定値ｅ１以上かつ所定値ｅ２未満の範囲で走行駆動力の低下が大きくなる。これにより燃費を向上しつつ、作業時に十分な掘削力を得ることができる。

図８は、コントローラ１０のＣＰＵで実行される処理の一例、とくにエンジン回転速度制御に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始される。ステップＳ１では、図２の各種センサ１２〜１６およびスイッチ７〜９，１８からの信号を読み込む。ステップＳ２では、予め記憶された図６のエンジン最高回転速度非制限の特性（実線）に基づき、アクセル操作量検出器１２により検出されたペダル操作量に対する目標エンジン回転速度Ｎａを演算する。

ステップＳ３では、制限選択スイッチ１８によりエンジン回転速度制限が選択されている否か、すなわち速度制限オンが選択されているか否かを判定する。ステップＳ３が肯定されるとステップＳ４に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ４では、トランスミッション３の速度段が２速以下であるか否かを判定する。ステップＳ４が肯定されるとステップＳ５に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ５では、回転速度検出器１４，１５からの信号によりトルコン速度比ｅを演算し、トルコン速度比ｅが低速度域（ｅ＜ｅ１）、中速度域（ｅ１≦ｅ＜ｅ２）、高速度域（ｅ≧ｅ２）のいずれであるかを判定する。

ステップＳ５で低速度域と判定されるとステップＳ６に進み、ステップＳ２で演算した目標エンジン回転速度Ｎａが予め定めた図５の制限値Ｎｓ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ６が肯定されるとステップＳ７に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ７では、目標エンジン回転速度ＮａとしてＮｓ１を設定し、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３では、エンジン制御部１ａに制御信号を出力し、エンジン回転速度を目標エンジン回転速度Ｎａに制御する。

ステップＳ５で高速度域と判定されるとステップＳ１１に進み、ステップＳ２で演算した目標エンジン回転速度Ｎａが予め定めた図５の制限値Ｎｓ２以上であるか否かを判定する。ステップＳ１１が肯定されるとステップＳ１２に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ１２では、目標エンジン回転速度ＮａとしてＮｓ２を設定し、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ５で中速度域と判定されるとステップＳ８に進み、ステップＳ２で演算した目標エンジン回転速度Ｎａが予め定めた図５の制限値Ｎｓ１２以上であるか否かを判定する。ステップＳ８が肯定されるとステップＳ９に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ９では、タイマをカウントし、タイマのカウント時間ｔが予め定めた所定時間ｔａ以上となったか否かを判定する。所定時間ｔａは、回転速度制限量ΔＮの増加によりオペレータが車速の減少を感じることがないような時間（例えば１．５秒程度）に設定される。

ステップＳ９が肯定されるとステップＳ１２に進み、否定されるとステップＳ１０に進む。なお、タイマは、ステップＳ３が否定されたとき、ステップＳ４が否定されたとき、ステップＳ５で速度比ｅが中速度比域以外と判定されたとき、およびステップＳ９が肯定されたときにそれぞれリセットされる。ステップＳ１０では、目標エンジン回転速度ＮａとしてＮｓ１２を設定し、ステップＳ１３に進む。

第１の実施の形態の動作をまとめると次のようになる。制限選択スイッチ１８により速度制限オフが選択されたとき、および速度制限オンが選択されても速度段が３速以上であるときは、エンジン１の最高回転速度は制限されず、ペダル最大踏み込み時のエンジン回転速度は上限値Ｎｍａｘに制御される（ステップＳ３→ステップＳ１３、ステップＳ４→ステップＳ１３）。この場合の車速ｖと走行駆動力Ｆの関係は図９に示すようになる。図中、ｆａ〜ｆｄはそれぞれ１速度段〜４速度段の特性であり、各速度段とも車速ｖの増加に伴い駆動力Ｆが減少する。特性ｆａとｆｂ，ｆｂとｆｃ，ｆｃとｆｄの交点はそれぞれ変速ポイントｐａ〜ｐｃであり、この変速ポイントｐａ〜ｐｃにおける速度比はｅｄまたはｅｕとなる。

一方、制限選択スイッチ１８により速度制限オンが選択されると、速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度が制限され、ペダル最大踏み込み時のエンジン回転速度は所定値Ｎｓ１，Ｎｓ１２，Ｎｓ２のいずれかとなる（ステップＳ７、ステップＳ１０、ステップＳ１２）。この場合の２速度段における車速ｖと走行駆動力Ｆとの関係は図１０に示すようになる。図中のｆ２０は、速度制限オフ時の特性（図９の特性ｆｂに相当）であり、特性ｆ２１〜ｆ２３は、それぞれ速度制限オン時の低速度比域、中速度比域、高速度比域における特性である。

図１０において、速度制限オン時の最高車速ｖ２は速度制限オフ時の最高車速ｖ２’より低く、速度制限オン時の最大駆動力Ｆ２は速度制限オフ時の最大駆動力Ｆ２’よりも小さい。また、同一車速で比較すると、速度制限オン時の駆動力は速度制限オフ時の駆動力よりも小さく、とくに中速度比域の駆動力（特性ｆ２２）は、低速度比域および高速度比域の駆動力（特性ｆ２１，ｆ２３）よりも大きく減少している。これにより、速度制限オン時に最大駆動力と最高車速をそれほど低下させることなく、燃費を大幅に向上することができる。

速度制限オン時に速度比ｅが中速度域であれば、所定時間ｔａ後に回転速度制限量ΔＮが減少し（ステップＳ９→ステップＳ１２）、駆動力の特性ｆ２２は図の矢印に示すように右側にシフトする。このため、例えば駆動力Ｆａで登板走行をしているとき、所定時間ｔａ後に車速がｖａからｖｂに増加するので、オペレータは速度制限オン時の車速の大幅な低下をそれほど感じることがなく、走行性能が実用上低下することを防ぐことができる。

図１１（ａ）は、平地走行における発進加速時の目標エンジン回転速度Ｎａと実エンジン回転速度とトルコン速度比ｅと車速ｖの時間変化を示す図である。図中、実線はそれぞれ速度制限オフ時の特性であり、点線はそれぞれ速度制限オン時の特性である。なお、図１１（ｂ）は、エンジン最高回転速度を一律に制限する場合の特性であり、本実施の形態の比較例である。

図１１（ａ）に示すように、速度制限オフ状態において、時点ｔ０でアクセルペダル１２ａを最大に踏み込むと、目標エンジン回転速度が上限値Ｎｍａｘまで急上昇し、実エンジン回転速度はこれに遅れて追従する。これにより車速が最高車速ｖ２’まで上昇し、車速の上昇に伴いトルコン速度比ｅも上昇する。一方、速度制限オン状態では、時点ｔ１〜ｔ２の間でトルコン速度比ｅが中速度比域（ｅ１≦ｅ＜ｅ２）となり、この範囲では目標エンジン回転速度がＮｓ１２に制限される。このため、実エンジン回転速度の上昇の程度が緩やかとなり、燃費を向上できる。この場合、最高車速ｖ２となるまでに要する時間はΔｔａである。

これに対し、図１１（ｂ）では、実エンジン回転速度が急激に上昇するため、燃費向上の効果は小さい。この場合、最高車速ｖ２となるまでに要する時間はΔｔｂ（＜Δｔａ）であり、図１１（ｂ）の方が早く最高車速となるが、ΔｔｂとΔｔａの差は小さく（例えば１秒以下）、実用上問題ない。

ホイールローダの掘削作業について説明する。図１２は、山積みされた土砂１３０等に車両１００を突っ込んでバケット内に取り込んだ後、車両１００を後進して方向転換し、ダンプ１４０に向けて前進してバケット内の土砂をダンプ１４０に積み込む、いわゆるＶサイクルによる積み込み作業の様子を示している。この場合、図１３（ａ）に示す掘削時には大きな走行駆動力Ｆが必要となるため、トランスミッション３を１速度段として、アクセルペダル１２ａをフルに踏み込む。

図１３（ｂ）に示すダンプ１４０への積み込み作業時には、２速状態でアクセルペダル１２ａをフルに踏み込みながらバケット１２２を上昇させつつ、ダンプ１４０に向けて車両１００を前進させ、土砂１３０を排出する。２速でのダンプ１４０への積み込み時には、エンジン最高回転速度を大きく制限したことにより作業のサイクルタイムが長くなるが、燃料消費量を低減できるため、結果的には燃料１Ｌを消費した場合の作業量（作業量燃費）は増加する。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）制限選択スイッチ１８により速度制限オンが選択されると、トルコン速度比ｅがｅ１≦ｅ＜ｅ２の中速度比域で、トルコン速度比ｅがｅ＜ｅ１の低速度比域およびｅ≧ｅ２の高速度比域よりもエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを大きくした。これにより最大駆動力および最高車速をそれほど低下させることなく、燃費を大幅に向上することができ、走行性の悪化と作業性の悪化を防ぐことができる。
（２）トルコン速度比ｅが中速度比域でエンジン最高回転速度を所定値Ｎｓ１２に制限した後、所定時間ｔａが経過すると、回転速度制限量ΔＮを小さくして、エンジン最高回転速度が所定値Ｎｓ２となるようにしたので、登板走行等においてオペレータが車速の大幅な低下による違和感を感じることを防止できる。
（３）速度段が１速または２速のときに、エンジン最高回転速度を制限するようにしたので、速度段が３速または４速の通常走行時には、高速走行を支障なく行うことができる。

なお、上記第１の実施の形態では、速度比ｅが低速度比域、中速度比域、高速度比域の全範囲で、エンジン最高回転速度をそれぞれ所定値Ｎｓ１，Ｎｓ１２，Ｎｓ２に制限するようにしたが、速度比ｅが中速度比域、高速度比域のときのみ、あるいは速度比ｅが中速度比域のときのみに、エンジン最高回転速度を制限するようにしてもよい。速度比ｅが中速度比域で、エンジン最高回転速度を一律に所定値Ｎｓ１２に制限するのではなく、図１４に示すようにエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを速度比ｅに応じてさらに細かく設定するようにしてもよい。上記実施の形態では、トルコン速度比ｅが中速度比域でエンジン最高回転速度を所定値Ｎｓ１２に制限した後、所定時間ｔａが経過すると、エンジン最高回転速度が所定値Ｎｓ２となるようにしたが、所定時間ｔａの経過後に回転速度制限量ΔＮを徐々に小さくするようにしてもよい。

−第２の実施の形態−
図１５〜図２０を参照して本発明の第２の実施の形態に係る作業車両の原動機制御装置について説明する。
第１の実施の形態では、トランスミッション３が１速度段および２速度段のときにトルコン速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度を制限するようにしたが、第２の実施の形態では、３速度段および４速度段においてもトルコン速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度を制限する。なお、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。

図１５は、３速度段および４速度段の走行性能線図である。図中、ｆ３０，ｆ４０（点線）は速度制限オフ時の特性（図９のｆｃ、ｆｄに相当）であり、ｆ３１，ｆ４１（実線）はトルコン速度比ｅに拘わらずエンジン最高回転速度を一律に制限した場合の特性である。３速度段および４速度段における速度制限オフ時の最高車速はそれぞれｖ３，ｖ４である。一方、エンジン最高回転速度を制限すると、エンジン出力が低下するため、その分、同一車速で出力できる駆動力が減少する。その結果、平地走行における最高車速が所定値ｖｌｉｍに制限される。

このようにエンジン最高回転速度を制限することで、例えば構内作業において最高車速を制限する場合や狭い作業現場で最高車速を制限する場合、法規制により最高車速を制限する場合等に、車速を設定車速ｖｌｉｍ以下に抑えることができる。しかし、図１５のようにエンジン最高回転速度をトルコン速度比ｅに拘わらず一律に制限すると、最高車速ｖｌｉｍで平地走行している状態から登板走行などで走行負荷（駆動力）が増加した場合に、車速が最高車速ｖｌｉｍから直ちに低下してしまう。また、走行負荷が低下して再加速する際の加速性も悪い。そこで、本実施の形態ではトルコン速度比ｅに応じて以下のようにエンジン最高回転速度を制限する。

図１６は、速度制限オン時の３速度段および４速度段におけるトルコン速度比ｅとエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘとの関係を示す図である。３速度段においては、トルコン速度比ｅが所定値ｅ３１未満であればエンジン最高回転速度を制限せず、速度比ｅが所定値ｅ３１以上になるとエンジン最高回転速度を制限する。この場合、特性ｆ３に示すように速度比ｅが所定値ｅ３１以上かつ所定値ｅ３３未満の範囲においてエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを徐々に大きくし、速度比ｅが所定値ｅ３３以上においてエンジン最高回転速度を所定値Ｎｓ３に設定する。

４速度段においても、トルコン速度比ｅが所定値ｅ４１未満であればエンジン最高回転速度を制限せず、速度比ｅが所定値ｅ４１以上になるとエンジン最高回転速度を制限する。この場合、ｆ４に示すように速度比ｅが所定値ｅ４１以上かつ所定値ｅ４４未満の範囲においてエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを徐々に大きくし、速度比ｅが所定値ｅ４４以上においてエンジン最高回転速度を所定値Ｎｓ４に設定する。

図１７は、図１６のようにトルコン速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度を制限した場合の走行性能線図である。図中、図１５の各特性ｆ３０，ｆ３１，ｆ４０，ｆ４１と同一の特性には同一の符号を、図１６の各点ａ３１〜ａ３３，ａ４１〜ａ４４に対応する点にも同一の符号を付している。図１７では、車速が予め定めた設定車速ｖｌｉｍに至るまで、駆動力特性は速度制限オフ時と同一の特性となり、車速が設定車速ｖｌｉｍに達すると、それ以上車速は増加せず、駆動力が低下する。すなわち本実施の形態では、車速が設定車速ｖｌｉｍに至るまで駆動力の低下が抑えられ、最高車速は設定車速ｖｌｉｍに制限される。本実施の形態では、この図１７の走行性能線図が得られるように図１６の特性ｆ３，ｆ４が設定されている。

図１８は、アクセルペダル１２ａを最大に踏み込んだときのエンジン回転速度とトルクの関係を示すトルク線図である。図中、ｆ３２，ｆ４２は、それぞれエンジン最高回転速度をＮｓ３，Ｎｓ４に制限した場合のエンジン出力トルク特性である。３速度段で速度比ｅが所定値ｅ３１以上の場合、エンジン出力トルクは特性ｆ０とｆ３２の間で変化し、４速度段で速度比ｅが所定値ｅ４１以上の場合、エンジン出力トルクは特性ｆ０とｆ４２の間で変化する。

図１９は、ペダル操作量と目標エンジン回転速度Ｎａとの関係を示す図である。３速度段においてアクセルペダル１２ａを最大に踏み込んだ状態では、目標エンジン回転速度Ｎａは速度比ｅに応じてＮｍａｘとＮｓ３の間で変化する。４速度段においてアクセルペダル１２ａを最大に踏み込んだ状態では、目標エンジン回転速度Ｎａは速度比ｅに応じてＮｍａｘとＮｓ４の間で変化する。

図２０は、コントローラ１０のＣＰＵで実行される処理の一例、とくにエンジン回転速度制御に係る処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、例えばエンジンキースイッチのオンにより開始される。なお、図８と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では図８との相違点を主に説明する。

ステップＳ４で速度段が２速以下と判定されるとステップＳ５に進み、以降、図８と同様の処理を実行する。ステップＳ４で速度段が２速以下でないと判定されるとステップＳ２０に進み、車速検出器１６により検出された車速ｖが予め定めた設定車速ｖｓ以上か否かを判定する。設定車速ｖｓは、エンジン最高回転速度制限を行うか否かの閾値として設定されるものであり、最高車速ｖｌｉｍよりも数ｋｍ／ｈ程度（例えば１〜２ｋｍ／ｈ）低い値に設定されている。ステップＳ２０が肯定されるとステップＳ２１に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。

ステップＳ２１では、速度段が３速か否かを判定する。ステップＳ２１が肯定されるとステップＳ２２に進み、トルコン速度比ｅが図１６の所定値ｅ３１以上か否かを判定する。ステップＳ２２が肯定されるとステップＳ２３に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ２３では、図１６の特性ｆ３に基づき速度比ｅに応じたエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘを演算する。

一方、ステップＳ２１が否定されるとステップＳ２６に進み、速度段が４速か否かを判定する。ステップＳ２６が肯定されるとステップＳ２７に進み、トルコン速度比ｅが図１６の所定値ｅ４１以上か否かを判定する。ステップＳ２７が肯定されるとステップＳ２８に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ２８では、図１６の特性ｆ４に基づき速度比ｅに応じたエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘを演算する。

ステップＳ２４では、ステップＳ２で演算した目標エンジン回転速度Ｎａ、すなわちエンジン最高回転速度非制限の特性により求められた目標エンジン回転速度Ｎａが、ステップＳ２３またはステップＳ２８で求めたエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘ以上であるか否かを判定する。ステップＳ２４が肯定されるとステップＳ２５に進み、否定されるとステップＳ１３に進む。ステップＳ２５では、目標エンジン回転速度Ｎａとしてエンジン最高回転速度Ｎａｍａｘを設定し、ステップＳ１３に進む。

第２の実施の形態の動作をまとめると次のようになる。制限選択スイッチ１８により速度制限オンが選択された状態で、３速度段または４速度段で走行しているとき、車速ｖが所定値ｖｓ以上になると速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度が制限される（ステップＳ２５）。すなわち３速度段において、速度比ｅが所定値ｅ３１以上のときは、ペダル最大踏み込み時のエンジン最高回転速度は上限値Ｎｍａｘよりも低くなり、速度比ｅが所定値ｅ３３以上になるとエンジン最高回転速度は所定値Ｎｓ３となる。また、４速度段において、速度比ｅが所定値ｅ４１以上のときは、ペダル最大踏み込み時のエンジン最高回転速度は上限値Ｎｍａｘよりも低くなり、速度比ｅが所定値ｅ４４以上になるとエンジン最高回転速度は所定値Ｎｓ４となる。

これにより速度比ｅが所定値ｅ３１，ｅ４１未満では、速度制限オフ時と同等の駆動力を発揮することができ、走行性能の低下が抑えられる。また、速度比ｅが所定値ｅ３１，ｅ４１以上では、最高車速を設定車速ｖｌｉｍに抑えることができ、車速制限のある状況での走行が可能である。このため、設定車速ｖｌｉｍで平地走行している状態から登板走行に移行して走行負荷が増加したとしても、直ちに車速が低下することはなく、設定車速ｖｌｉｍでの走行が可能である。また、急な登り坂から平地走行に移行するような場合、つまり走行負荷が低下した場合の再加速では、フルにエンジン出力が使えるので、良好な加速性が得られる。

一方、３速度段または４速度段で走行しているとき、車速ｖが所定値ｖｓ未満であれば、速度比ｅに拘わらずエンジン最高回転速度は制限されない（ステップＳ２０→ステップＳ１３）。このため、走行中に前進から後進、または後進から前進の減速操作をしたときに、良好な減速性能を発揮できる。

第２の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）速度段が３速または４速でトルコン速度比ｅが所定値ｅ３１，ｅ４１以上になると、エンジン最高回転速度を制限するようにしたので、トルコン速度比ｅに拘わらずエンジン最高回転速度を一律に制限する場合に比べ、走行駆動力の低下を抑えることができ、設定車速ｖｌｉｍで平地走行している状態から登板走行に移行した場合にも、設定車速ｖｌｉｍでの走行が可能である。
（２）トルコン速度比ｅの増加に伴いエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを徐々に大きくするようにしたので、車速が最高車速に至るまで駆動力の低下を抑えるとともに、最高車速を設定車速ｖｌｉｍに制限することができる。
（３）車速ｖが所定値ｖｓ以下では、エンジン最高回転速度制限を行わないようにしたので、走行中の減速性能が悪化することを防止できる。

なお、上記第２の実施の形態では、速度比ｅに応じてエンジン最高回転速度を制限するようにしたが、回転速度検出器１４，１５が故障して検出値が異常となった場合には、速度比ｅを正しく演算できず、車速が最高車速ｖｌｉｍを超えるおそれがある。これを防止するため、判定手段としてのコントローラ１０により回転速度検出器１４，１５の検出値が正常か異常かを判定し、異常と判定された場合には、速度比ｅに拘わらず、エンジン最高回転速度を速度段に応じた所定値Ｎｓ３，Ｎｓ４に制限するようにしてもよい。

上記第１の実施の形態（図５）では、コントローラ１０からエンジン制御部１ａに制御信号を出力することにより、速度段が１速または２速のときに速度比ｅが所定値ｅ１（第１の所定値）以上の加速領域にあると、速度比ｅが所定値ｅ１未満のときよりもエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを大きくした。また、上記第２の実施の形態（図１６）では、速度段が３速または４速のときに速度比ｅが所定値ｅ３１，ｅ４１以上の加速領域にあるとエンジン最高回転速度を制限し、速度比ｅが所定値ｅ３１，ｅ４１未満ではエンジン最高回転速度を制限しないようにした。しかし、速度比ｅが加速領域にあるときに、エンジン最高回転速度を非加速領域の値よりも低く制限するのであれば、速度制限手段の構成は上述したものに限らない。例えば速度段が３速または４速のときのみ、エンジン最高回転速度を制限し、速度段が１速または２速のときはエンジン最高回転速度を制限しないようにしてもよい。速度段に拘わらずエンジン最高回転速度を制限するようにしてもよい。

上記第１の実施の形態では、ｅ＜ｅ１でエンジン最高回転速度をＮｓ１に、ｅ１≦ｅ＜ｅ２でエンジン最高回転速度をＮｓ１２に、ｅ≧ｅ２でエンジン最高回転速度をＮｓ２にそれぞれ制限したが、速度比ｅが所定値ｅ１以上かつ所定値ｅ２（第２の所定値）未満のときに、速度比ｅが所定値ｅ１未満および所定値ｅ２以上のときよりも、エンジン最高回転速度の制限量ΔＮを大きくするのであれば、エンジン最高回転速度の制限特性は上述したものに限らない。上記第２の実施の形態では、車速が設定車速ｖｌｉｍ（制限車速）よりも低い所定値ｖｓ以上のときに、速度比ｅの増加に伴いエンジン最高回転速度の制限量ΔＮを徐々に大きくしたが、車速に拘わらず、エンジン最高回転速度を制限してもよい。制限選択スイッチ１８がオンの場合にエンジン最高回転速度を制限するようにしたが、制限選択スイッチ１８の有無に拘わらず、エンジン最高回転速度を制限するようにしてもよい。

アクセルペダル１２ａの操作量に応じてエンジン回転速度を制御するのであれば、回転速度制御手段としてのコントローラ１０とエンジン制御部１ａの構成はいかなるものでもよい。エンジン１の回転をトルコン２およびトランスミッション３を介して車輪６に伝達する走行駆動装置の構成も図２に示したものに限らない。回転速度検出器１４，１５によりトルコン速度比ｅを検出したが、速度比検出手段の構成はいかなるものでもよい。

以上では、本発明をホイールローダに適用する例について説明したが、トルコン駆動の他の作業車両にも本発明は同様に適用可能である。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の作業車両の原動機制御装置に限定されない。

１ エンジン
１ａ エンジン制御部
２ トルクコンバータ
３ トランスミッション
１０ コントローラ
１４，１５ 回転速度検出器
１８ 制限選択スイッチ
ΔＮ 回転速度制限量

Claims (7)

1. アクセルペダルの操作量に応じて原動機の回転速度を制御する回転速度制御手段と、
   前記原動機の回転をトルクコンバータ（トルコン）およびトランスミッションを介して車輪に伝達する走行駆動装置と、
   前記トルクコンバータの入力軸と出力軸の速度比を検出する速度比検出手段と、
   前記速度比検出手段により検出された速度比に応じて前記原動機の最高回転速度を制限する速度制限手段とを備え、
   前記速度制限手段は、検出された速度比が１以下の範囲である第１の所定値以上かつ前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値未満の前記原動機の回転速度の加速領域にあるときに、前記最高回転速度を前記速度比が前記第１の所定値未満および前記第２の所定値以上である前記原動機の回転速度の非加速領域における制限量よりも大きい値で制限することを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
2. 請求項１に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記速度制限手段は、検出された速度比が前記第１の所定値以上かつ前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値未満のみ、または、前記第１の所定値以上かつ前記第１の所定値よりも大きい第２の所定値未満と前記第２の所定値以上のときに前記最高回転速度の値を制限することを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
3. 請求項１または２に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記速度制限手段は、前記トランスミッションの速度段が１速度段または２速度段の低速度段であるとき、前記原動機の前記最高回転速度の制限を行なうことを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記速度制限手段は、前記制限量を大きくした後、時間経過に伴い前記制限量を小さくすることを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記速度制限手段は、前記トランスミッションの速度段が３速度段以上の高速度段のとき、検出された速度比が第３の所定値以上になると、車両の最高車速が予め定めた制限車速となるように速度比の増加に伴い前記原動機の最高回転速度の制限量を徐々に大きくすることを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
6. 請求項５に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   車速を検出する車速検出手段をさらに有し、
   前記速度制限手段は、前記トランスミッションの速度段が３速度段以上の高速度段のときであって、前記車速検出手段により検出された車速が前記制限車速よりも低い設定車速以上のとき、前記制限量を徐々に大きくし、車速が前記設定車速未満のときは、前記最高回転速度を制限しないことを特徴とする作業車両の原動機制御装置。
7. 請求項５または６に記載の作業車両の原動機制御装置において、
   前記速度比検出手段の検出値が正常か異常かを判定する判定手段をさらに有し、
   前記速度制限手段は、前記トランスミッションの速度段が３速度段以上の高速度段のときであって、前記判定手段により前記検出値が正常と判定されると、速度比の増加に伴い前記最高回転速度を所定値にかけて徐々に小さくし、前記判定手段により前記検出値が異常と判定されると、速度比に拘わらず前記最高回転速度を前記所定値に制限することを特徴とする作業車両の原動機制御装置。

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